深基坑工程的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

劉蕾 于獻(xiàn)彬 李雪莉 周霞

【摘要】基坑工程主要包括基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)與施工和土方開挖，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。深基坑則專指開挖深度超過(guò)5m（含5m），或深度雖未超過(guò)5m，但地質(zhì)條件和周圍環(huán)境及地下管線特別復(fù)雜的工程。隨著超高層以及高層建筑的大量涌現(xiàn)，為滿足建筑施工各方面的要求，深基坑得到越來(lái)越多的發(fā)展和應(yīng)用。本文結(jié)合現(xiàn)有研究資料，對(duì)深基坑相關(guān)資料進(jìn)行歸納整理和總結(jié)，并對(duì)深基坑的未來(lái)發(fā)展方向做出展望。

【關(guān)鍵詞】深基坑支護(hù); 支護(hù)體系設(shè)計(jì);深基坑施工技術(shù)

1、深基坑施工技術(shù)的研究現(xiàn)狀

基坑工程隨著高層和超高層的涌現(xiàn)，城市地下空間工程迅速發(fā)展，以及基礎(chǔ)設(shè)施的改建擴(kuò)建而得到了快速發(fā)展。深基坑工程在國(guó)內(nèi)一直保持平穩(wěn)向前發(fā)展，大深度、大面積的基坑，在施工時(shí)面臨更多的挑戰(zhàn)和危機(jī)，在深基坑施工中，針對(duì)不同的施工工況現(xiàn)已采取了不同的措施，積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，使深基坑技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到有效發(fā)揮，顯著提高工程安全性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性。但是深基坑實(shí)際施工過(guò)程中，對(duì)深基坑施工質(zhì)量造成影響的因素較多，亟需深入分析相關(guān)施工技術(shù)，探討其施工要點(diǎn)，明確控制方法，以確保施工有效性。

1.1深基坑施工技術(shù)的發(fā)展史

（1）萌芽階段：深基坑常見(jiàn)于一些規(guī)劃有一至兩層地下室的建筑物，其基礎(chǔ)形式常采用筏板基礎(chǔ)，開挖深度一般在10m范圍內(nèi)。由于當(dāng)時(shí)受勘察、設(shè)計(jì)及施工水平的限制，基坑易于發(fā)生失穩(wěn)破壞。

（2）開挖安全檢測(cè)階段：高層及超高層建筑興起，地下室常設(shè)計(jì)為三至四層，基坑開挖深度顯著增大，常達(dá)到15m及以上。此時(shí)勘察、設(shè)計(jì)及施工水平有了較大程度的提升，同時(shí)意識(shí)到施工工序?qū)臃€(wěn)定性的影響，逐漸形成了適用于深基坑開挖的步驟。

（3）技術(shù)躍升階段：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有限分析方法及有限元計(jì)算軟件逐漸應(yīng)用到深基坑的研究工作中，為深基坑變形預(yù)測(cè)提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

（4）環(huán)境保護(hù)階段：隨著基坑工程勘察、設(shè)計(jì)及施工水平的提高，深基坑本身的安全問(wèn)題已基本解決。但如何有效的保護(hù)周邊環(huán)境成了現(xiàn)階段基坑設(shè)計(jì)及施工的主題，尤其是在繁華市區(qū)。

1.2深基坑施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

基坑開挖與支護(hù)問(wèn)題早已成為我國(guó)建筑業(yè)界的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，城市地下空間開挖技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展和提高，現(xiàn)階段深基坑施工技術(shù)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（1）深基坑施工技術(shù)中逆作法施工技術(shù)應(yīng)用不斷擴(kuò)大。在進(jìn)行深基坑施工的過(guò)程中采用逆作法施工可以減少支護(hù)結(jié)構(gòu)在外部空間中的暴露時(shí)間，進(jìn)一步在一定程度上減小建筑基坑的變形程度，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的承壓性能，在根本上增大深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度性能。

（2）深基坑施工與信息化施工的有機(jī)結(jié)合。信息化施工技術(shù)，尤其是BIM技術(shù)在深基坑施工中的應(yīng)用，極大的降低了深基坑施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，保證深基坑正常施工及降低工程成本具有極其重要的作用。

2、深基坑設(shè)計(jì)施工

2.1深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)要求

（1）安全性。深基坑支護(hù)方案應(yīng)在保證支護(hù)結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性、強(qiáng)度以及變性要求的同時(shí)，通過(guò)對(duì)周圍土體變形的監(jiān)測(cè)，確保臨近建筑物及地下管道等不受影響，從而保證深基坑工程和周圍環(huán)境的安全。

（2）經(jīng)濟(jì)性。支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，在確保支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周圍建筑物安全、可靠度的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程工期、機(jī)械設(shè)備、材料、人工以及環(huán)境保護(hù)等多方面因素進(jìn)行考慮，以最終確保所設(shè)計(jì)方案具有較好的經(jīng)濟(jì)性與良好的環(huán)境效益。

（3） 便利性。在保證安全性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，深基坑支護(hù)方案還應(yīng)當(dāng)盡量滿足施工的便利性，以實(shí)現(xiàn)工程工期的縮短。

2.2深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)其工作原理及支護(hù)形式，主要可分為排樁式支護(hù)，邊坡穩(wěn)定式支護(hù)，水泥土墻式支護(hù)三類。但是為滿足實(shí)際工況，在實(shí)際建筑工程中，深基坑支護(hù)方案多采用復(fù)合型支護(hù)結(jié)構(gòu)，較為常用的支護(hù)方案為土釘墻支護(hù)和地下連續(xù)墻支護(hù)。

土釘墻支護(hù)是由天然土體通過(guò)土釘墻就地加固并與噴射混凝土面板相結(jié)合，形成一個(gè)類似重力擋墻以此來(lái)抵抗墻后的土壓力;從而保持開挖面的穩(wěn)定，這個(gè)土擋墻稱為土釘墻。土釘墻是通過(guò)鉆孔、插筋、注漿來(lái)設(shè)置的，一般稱砂漿錨桿，也可以直接打入角鋼、粗鋼筋形成土釘。土釘墻的做法與礦山加固坑道用的噴錨網(wǎng)加固巖體的做法類似，故也稱為噴錨網(wǎng)加固邊坡或噴錨網(wǎng)擋墻。

地下連續(xù)墻支護(hù)是基礎(chǔ)工程在地面上采用一種挖槽機(jī)械，沿著深開挖工程的周邊軸線，在泥漿護(hù)壁條件下，開挖出一條狹長(zhǎng)的深槽，清槽后，在槽內(nèi)吊放鋼筋籠，然后用導(dǎo)管法灌筑水下混凝土筑成一個(gè)單元槽段，如此逐段進(jìn)行，在地下筑成一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻壁，作為截水、防滲、承重、擋水結(jié)構(gòu)。本法特點(diǎn)是：施工振動(dòng)小，墻體剛度大，整體性好，施工速度快，可省土石方。

3、深基坑設(shè)計(jì)及施工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）構(gòu)建變形控制設(shè)計(jì)方案，著重研究支護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制的標(biāo)準(zhǔn)、空間效應(yīng)轉(zhuǎn)化為平面應(yīng)變和地面超載的確定及其對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響等問(wèn)題。建立起一套合理有效的基坑圍護(hù)變形控制標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)為將深基坑的空間應(yīng)變轉(zhuǎn)化成平面應(yīng)變，繼而從根本上保護(hù)地面建筑超載對(duì)深基坑支護(hù)整體結(jié)構(gòu)的影響在可控范圍內(nèi)。

（2）優(yōu)化深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案，從安全科學(xué)、縮短施工工期兩方面著手，在根本上確保建筑深基坑技術(shù)施工的順利進(jìn)行。

（3）轉(zhuǎn)變?cè)徐o態(tài)設(shè)計(jì)觀念，將原有的靜態(tài)設(shè)計(jì)觀念轉(zhuǎn)變成動(dòng)態(tài)的二維或三維設(shè)計(jì)，繼而確保在對(duì)建筑深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中能夠更加的全面具體。

結(jié)論：

深基坑是建筑基礎(chǔ)和地下工程施工中的重要的傳統(tǒng)的課題，也是一個(gè)綜合性的巖土工程難題。經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，從稚嫩走向成熟，克服了諸多不利因素，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，提高了工程質(zhì)量，雖然現(xiàn)階段還有一些問(wèn)題亟待解決。但毫無(wú)疑問(wèn)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，通過(guò)工程界和學(xué)術(shù)界的共同努力，我國(guó)的深基坑支護(hù)體系設(shè)計(jì)與施工和土方開挖水平會(huì)得到不斷完善和提高。

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作者簡(jiǎn)介：

于獻(xiàn)彬（通訊作者），男，漢，山東濱州，博士，講師，研究方向：巖土工程減災(zāi)防災(zāi)技術(shù)。

基金項(xiàng)目：

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：考慮流固耦合作用的富水地層深基坑變形特性分析，項(xiàng)目編號(hào)：X202010452043）